Ist es möglich, aufzuwachen und Zehntausende Jahre später in die Vergangenheit zu reisen? Uralte Fadenwürmer können es

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Qian Yu (PhD, Center for Excellence in Brain Science and Intelligence Technology, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Captain America fiel in „The Avengers“ während einer Operation am Ende des Zweiten Weltkriegs ins gefrorene Meer. Er wurde erst 2011 aufgetaut. Für ihn mag es nur ein langer Traum gewesen sein, aber die ganze Welt hat in den letzten siebzig Jahren weltbewegende Veränderungen durchgemacht.

Captain America: Die Eiskönigin

(Bildquelle: Standbilder aus Captain America)

Können wir uns also im echten Leben auch einfrieren und in der Zukunft aufwachen?

Uralte Fadenwürmer können das!

Im Jahr 2018 belebten Wissenschaftler uralte Fadenwürmer wieder, die Zehntausende von Jahren im sibirischen Permafrost eingefroren waren. Damals ging man davon aus, dass ihr Leben vor 42.000 Jahren begann. In der neuesten Arbeit aus dem Jahr 2023 nutzten Wissenschaftler eine präzise Radiokarbon-Detektionstechnologie, um herauszufinden, dass sich diese uralten Fadenwürmer in Sibirien seit mindestens 46.000 Jahren in einem „tot-wach“-Zustand befanden, der auch als „Schwebetod“ oder „Kryptobiose“ bezeichnet wird.

Fadenwürmer von vor 46.000 Jahren

(Bildquelle: Referenz [1])

Im kryptobiotischen Zustand wird die Stoffwechselkapazität des Lebens auf ein nicht nachweisbares Niveau reduziert, was dem Drücken der Pausentaste des Lebens gleichkommt. Gängige Beispiele hierfür sind: eine Bacillus-Spore, die 25 bis 40 Millionen Jahre lang im Hinterleib einer Biene konserviert wurde, und ein Lotussamen, der vor 1.000 bis 1.500 Jahren in einem urzeitlichen See konserviert wurde. Sie alle können weiter keimen und ihr unterbrochenes Leben neu beginnen. Auch Metazoen wie Bärtierchen, Rädertierchen und Fadenwürmer können über lange Zeit einen kryptobiotischen Zustand aufrechterhalten. Selbst wenn sie Jahrzehnte oder sogar Zehntausende von Jahren eingefroren waren, können sie wiederbelebt werden und normal essen, trinken und sich fortpflanzen, sofern sie aufgetaut werden und ihre normale Temperatur wiedererlangen.

Bärtierchen „reisen“ nach einer Algenmahlzeit

(Bildquelle: Megumu Tsujimoto)

Höher entwickelte Tiere wie Frösche, Schlangen, Bären usw. können Winterschlaf halten und dabei im Grunde nur einen Winter lang einen niedrigen Stoffwechsel aufrechterhalten. In Alaska lebt eine Art nordamerikanischer Waldfrosch. Es verbringt jedes Jahr fast 8 Monate im Winterschlaf und kann nach dem Auftauen noch überleben, nachdem es zwei Monate lang bei -4 °C eingefroren war.

Können Menschen also auch wie Fadenwürmer für Zehntausende von Jahren eingefroren und dann aufgetaut und wiederbelebt werden? Leider ist dies derzeit nicht realistisch.

Warum können Menschen das nicht?

Wenn Sie als Kind unartig waren und versehentlich kohlensäurehaltige Getränke wie Bier und Cola in die Schnellgefrierschicht gegeben haben, sollten Sie wissen, dass die Flasche leicht platzen kann, wenn das Wasser zu Eis wird (freundlicher Hinweis: Dieser Vorgang ist sehr gefährlich, bitte tun Sie dies nicht).

Bierflasche durch gefrorenes Bier geplatzt

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Der Mensch besteht aus Zellen. In einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen können Eiskristalle, die durch das Gefrieren von Wasser in der intrazellulären Flüssigkeit entstehen, unsere Zellen direkt schädigen, genau wie diese Bierflaschen von Eiskristallen durchbohrt und in Stücke zerspringen. Gleichzeitig verhindern sie durch die langsame Anordnung der Wassermoleküle in einer geordneten Kristallstruktur auch die Ausfällung von Natriumsalzen, Kaliumsalzen, Calciumsalzen usw., die ursprünglich im Wasser gelöst sind. Hohe Salzkonzentrationen führen außerdem zu Dehydration, Zellschäden und sogar zum Tod.

Die oben erwähnten Bärtierchen können sich zu einer Tonnenform zusammenrollen und ihren Körperwassergehalt auf nur 3 % reduzieren. Nach vollständiger Dehydrierung können sie zu einem „Zombiewurm“ mit nahezu gestopptem Stoffwechsel werden. Gleichzeitig ersetzen sie durch die von ihrem Körper produzierte Trehalose das Wasser in ihrem Körper und verhindern so, dass sich in Körperflüssigkeiten Eiskristalle bilden, die ihre eigenen Zellen schädigen. Der Alaska-Waldfrosch verändert die Konzentration seiner Körperflüssigkeiten durch Harnstoff und Glukose in seinem Körper und senkt so effektiv den Gefrierpunkt seiner Körperflüssigkeiten. Dadurch wird der Gehalt an gefrorenem Wasser stark reduziert und Zellschäden vermieden.

Die oben genannten Substanzen wie Trehalose, Harnstoff und Glukose, die die Bildung von Eiskristallen und die damit verbundene Zellschädigung verhindern, können allesamt als „Kryoprotektoren“ bezeichnet werden. Daher besteht der erste Schritt beim künstlichen Einfrieren normalerweise darin, den Wassergehalt des gefrorenen Organismus so weit wie möglich zu reduzieren und ein Kryoprotektivum zu injizieren, das mit komplexen Inhaltsstoffen wie Glycerin angereichert ist, um die Überlebensrate der Zellen nach dem Aufwachen des Organismus zu maximieren.

Getrocknete Früchte durch Sonnentrocknung oder Trocknung können die Haltbarkeit verlängern

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Es gibt viele Wirbeltiere, die aus dem natürlichen Gefrierzustand wieder zum Leben erwachen können, wie etwa Frösche, Schlangen, Salamander, Schildkröten usw., die alle kaltblütige Tiere sind, die Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Leider sind Menschen Warmblüter, die Probleme bekommen, wenn ihre Körpertemperatur sinkt. Sie können nicht so schnell dehydrieren wie diese Tiere und auch nicht so natürlich die Konzentration der „Kryoprotektiva“ in ihrem Körper regulieren und können daher ihre Stoffwechselkapazität nicht auf ein Minimum reduzieren.

Selbst wenn die Überlebensrate der Zellen nach dem Einfrieren und Auftauen bei 99 % liegt, sterben bei einem menschlichen Gehirn mit fast 86 Milliarden Neuronen 860 Millionen Neuronen ab, was die normale Funktion der empfindlichen Gehirnfunktionen beeinträchtigen kann. Wenn nur das mit dem Bewusstsein verbundene Gehirn erhalten bleibt, spielt es keine Rolle, ob der Körper aus Kohlenstoff oder Silizium besteht und aus Maschinen besteht. „Ich“ ist immer noch „Ich“, genau wie Yun Tianming in „Die drei Sonnen“. Selbst wenn der Körper vollständig verschwindet, kann man immer noch denken, solange das Gehirn da ist.

Wie weit ist die Technologie zur Kryokonservierung von Gehirnen fortgeschritten?

Ein gefrorenes Hamsterhirn kann noch geweckt werden, wenn es zu 60 % kristallisiert ist.

Im Jahr 2015 führte das von der American Brain Protection Foundation finanzierte 21st Century Medicine Laboratory eine vollständige Aldehyd-stabilisierte Kryokonservierungsoperation an Kaninchen durch. Der konkrete Vorgang ist: Das Kaninchenhirn wird fixiert, indem die Halsschlagader des lebenden Kaninchens mit Glutaraldehyd perfundiert wird, dann über mehrere Stunden langsam mit steigenden Konzentrationen von Ethylenglykol perfundiert wird und schließlich bei -135 °C eingefroren wird. Nachdem das gefrorene Gehirn wieder erhitzt und aufgetaut worden war, stellten die Forscher anhand der Gehirnschnitte fest, dass die Gehirnstruktur sehr gut erhalten war, die Synapsen sehr deutlich zu erkennen waren und die Nervenzellen im Wesentlichen unbeschädigt blieben.

Kaninchenhirn erfolgreich konserviert und ohne Zellschäden wiederbelebt

(Bildquelle: Referenz [7])

Das Kaninchenhirn ist in Ordnung, aber was ist mit dem menschlichen Gehirn?

Im Mai 2024 haben Forscher der Fudan-Universität in meinem Land erfolgreich eine Methode zur Kryokonservierung verschiedener Gehirn-Organoide oder menschlicher Gehirngewebe unter Verwendung von Methylcellulose, Ethylenglykol, Dimethylsulfoxid und dem selektiven Inhibitor Y27632 (diese Methode wird MEDY genannt) entwickelt, ohne die Struktur der Nervenzellen zu zerstören oder funktionelle Aktivitäten zu beeinträchtigen.

Diese Methode kann die synaptische Funktion schützen und den durch das endoplasmatische Retikulum vermittelten apoptotischen Signalweg hemmen, wodurch eine groß angelegte und zuverlässige Speicherung einer Vielzahl neuronaler Organoide und lebender Hirngewebe ermöglicht wird. Mit dieser Methode kann das menschliche Gehirn 18 Monate lang „eingefroren“ und anschließend sicher entfernt werden, was bereits einen erheblichen Fortschritt darstellt.

Schematische Darstellung der MEDY-Technologie zur Kryokonservierung von Gehirnorganen

(Bildquelle: Referenz [8])

Wie lange wird es dauern, bis die „Gefrier-Tau“-Wiederbelebung des menschlichen Körpers gelingt?

Im April 1967 starb Professor James Bedford, Psychologieprofessor an der University of California, an fortgeschrittenem Nierenkrebs. Er beschloss, seinen Körper kryogenisch einzulagern, in der Hoffnung auf zukünftige medizinische Entwicklungen.

Nach seinem Tod wurde sein Körper hastig in einen speziellen Metallbehälter gelegt, der mit -196 °C kaltem flüssigem Stickstoff gefüllt war. Dem gesamten Gefriervorgang mangelte es an ausgereifter Technologie und professioneller Unterstützung. Im Juni 2024, nachdem Professor Bedfords Leiche aufgetaut worden war, stellten Wissenschaftler fest, dass sein Gehirn und sein Körper schwer geschädigt waren und es unmöglich war, sein Leben wiederaufzunehmen. Nach über 50 Jahren Wartezeit im Kryostat gelang dem Professor zwar keine Wiederbelebung, doch brachte diese sehr wertvolle Auftaudaten mit sich.

Der erste „eingefrorene Mensch“

(Bildquelle: Kryonik)

Derzeit gibt es in den Vereinigten Staaten zwei große Unternehmen, die sich mit der Kryonik von Menschen befassen: die Alcor Life Extension Foundation und das American Human Cryonics Research Institute. Es gibt bereits Hunderte von Menschen auf der Welt, die ihre Leichen eingefroren haben, in der Hoffnung, durch eine Reise in die Zukunft „wieder zum Leben erweckt“ zu werden. Bisher ist es jedoch noch nie gelungen, sie aufzutauen und wieder zum Leben zu erwecken. Die überwiegende Mehrheit der Erfrorenen war bereits im hohen Alter und einige litten an unheilbaren Krankheiten und schweren Erkrankungen. Ihre schlechten persönlichen Voraussetzungen mindern die Erfolgsaussichten des „Auftauens“ oft zusätzlich.

Basierend auf dem Wunsch nach einer perfekten Wiederauferstehung entwickelt sich die Technologie zur Kryokonservierung menschlicher Organe und hervorragender tierischer und pflanzlicher Keimplasmaressourcen rasant. Vielleicht müssen wir eines Tages in der Zukunft nur noch das Gehirn konservieren und auftauen und es dann mit einer Maschine kombinieren, um es „wiederzubeleben“. Dadurch verringert sich nicht nur der technische Aufwand für das Einfrieren und Auftauen, sondern auch das alte, brüchige oder kränkliche Fleisch auf Kohlenstoffbasis wird entfernt.

Vorausgesetzt, die Technologie zur Konservierung des menschlichen Körpers lässt sich erfolgreich anwenden, wird jeder die Möglichkeit haben, in einen Gefrierschrank zu gehen, um dort Winterschlaf zu halten und nach der Wiederbelebung Zehntausende Jahre später der Zukunft entgegenzutreten. Wer also sollte gerettet werden, um sein Leben fortzusetzen und die Zukunft willkommen zu heißen? Werden die Menschen in Zukunft jemanden aus der Vergangenheit willkommen heißen, dessen Ideen und Fähigkeiten überholt sind? Wenn das Unternehmen, das die eingefrorenen Menschen betreut, pleitegeht, wer wird dann für die „Lebenssicherheit“ dieser „Leichen“ verantwortlich sein?

Bis zur Wiederauferstehung des menschlichen Körpers durch „Gefrieren und Auftauen“ ist es technologisch, ethisch und rechtlich noch ein weiter Weg.

Verweise

[1] Shatilovich A, Gade VR, et al. Eine neue Fadenwurmart aus Sibirien

Permafrost hat dieselben adaptiven Mechanismen für das kryptobiotische Überleben wie die Dauerlarve von C. elegans. PLoS Genet, 2023, 19(7): e1010798.

[2] Keilin D. Die Leeuwenhoek-Vorlesung – Das Problem der Anabiose oder des latenten Lebens: Geschichte und aktuelles Konzept. Proc R Soc Lond Ser B – Biol Sci. 1959; 150: 149–191.

[3] Cano R, Borucki M. Wiederentdeckung und Identifizierung von Bakteriensporen in 25 bis 40 Millionen Jahre altem dominikanischen Bernstein. Wissenschaft. 1995; 268: 1060–1064.

[4] Shen-Miller J. Heiliger Lotus, die langlebigen Früchte des antiken China. Saatgutforschungsres. 2002; 12: 131–143.

[5] Guidetti R, Jonsson KI. Langfristiges anhydrobiotisches Überleben bei semiterrestrischen Mikrometazoen. J Zool. 2002; 257: 181–187.

[6] Tsujimoto M, Imura S, Kanda H. Bergung und Reproduktion eines antarktischen Bärtierchens, das aus einer über 30 Jahre lang eingefrorenen Moosprobe gewonnen wurde. Kryobiologie. 2016;

[7] Robert L. M. Gregory MF, Aldehydstabilisierte Kryokonservierung. Kryobiologie 71 (2015) 448-458.

[8] Xue WW, Shao ZC et al., Effektive Kryokonservierung von menschlichem Hirngewebe und

neuronale Organoide. 2024, Cell Reports Methoden 4, 100777